AGA 0316 A vida no contexto cósmico Amancio Friaça, E. Janot Pacheco, 2013 Aula 2: o que é VIDA?

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1 AGA 0316 A vida no contexto cósmico Amancio Friaça, E. Janot Pacheco, 2013 Aula 2: o que é VIDA?

2 Algumas Questões em Astrobiologia Como a vida começou na Terra e como ela evolui? Quais são os princípios que regem a organização da matéria que resultou nos seres vivos? Como a biosfera de nosso planeta evoluiu? Existem outros planetas como a Terra? Como reconhecer a assinatura de vida em outros corpos celestes? O que torna um planeta habitável? Será a vida um fenômeno comum no Universo? Qual será o futuro da espécie humana, na medida em que a vida terrestre se expanda para além de seu planeta de origem?

3 O QUE É VIDA?

4 FRONTEIRAS Vivo/Morto Química/Biologia Máquina/Organismo

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6 São vivos ou não? (Virus, Príons)

7 so... fractals could be considered as life forms? If we cannot follow up the dynamics of the process...

8 Fractal organization of a tree-shaped CNS neuron

9 How can we define life? First of all, its essence is subjective In second place, we can list a number of characteristics (Schneider, astro-ph/9604131, 1996; Szostak et al., Nature, 2001; Bains, Astrobiology, 2005; Lunine 2005) –Complex and diversified interaction with the environment –System out of thermodynamical equilibrium –High information content –Memory + reading/recovering mechanism –Self-replication Life is a self-sustained chemical system, capable of evolution in a Darwinian sense (Joyce 1994).

10 Três artigos Sobre a questão da VIDA (cf. pág.): 1) Chyba & Hand: Astrobiology: The Study of the Universe 2) Cleland & Chyba: Defining Life 3) Luisi: About Various Definitions of Life Três artigos Sobre a questão da VIDA (cf. pág.): 1) Chyba & Hand: Astrobiology: The Study of the Universe 2) Cleland & Chyba: Defining Life 3) Luisi: About Various Definitions of Life

11 Requisitos de uma definição de vida ser universal e coerente com a compreensão dos sistemas vivos na ciência moderna ser estruturada de modo a proporcionar uma compreensão clara e uma transmissão fácil de seu conteúdo no meio científico estar inserida em paradigma específico, de modo a apresentar uma sólida base teórica Emmeche (1997, 1998)

12 CORPOS PARADIGMÁTICOS para estudos científicos da VIDA Evolução Darwiniana Autopoiesis (= criação própria) Complexidade (I. Prigogine) Biossemiótica (sinais e códigos nos seres vivos)

13 1)Any population of a species has the potential to produce far more offspring than the environment can support with resources. 2) The overproduction leads to a struggle for survival among the individuals. 3) Population consists of individuals that are slightly different from one another in many heritable traits. 4) Some individuals possess traits that make them better able to compete for resources. Conclusion: In any local environment, heritable traits that enhance survival and successful reproduction will become progressively more common in succeeding generations. 1)Any population of a species has the potential to produce far more offspring than the environment can support with resources. 2) The overproduction leads to a struggle for survival among the individuals. 3) Population consists of individuals that are slightly different from one another in many heritable traits. 4) Some individuals possess traits that make them better able to compete for resources. Conclusion: In any local environment, heritable traits that enhance survival and successful reproduction will become progressively more common in succeeding generations. Charles Darwin (1809-1882) The origin of species by means of natural selection (1858) The origin of species by means of natural selection (1858)

14 All finches on the Galapagos Islands had a common ancestor from South America. But! All 13 species adapted to particular microenvironments. Natural Selection (Darwinian Evolution)

15 Descendants of a gray wolf Artificial Selection

16 What is life? How would we distinguish between living and not living? Cf. J. MONOD, O Acaso e a Necessidade

17 Non-living objects are not a subject to Darwinian Evolution

18 Chemistry in the New World of Bioengineering and Synthetic Biology 22 - 24 September 2008 Oxford, United Kingdom

19 For a practical search, restrictive hipothesis... What kind of complex systems? –Liquid crystals, plasmas... Conservative hypothesis: a chemical system –C, Si? Presence of a liquid millieu? –H 2 O: excelent solvant and abundant in the Universe Existence of a solid/liquid interface? –Favours molecular interactions... Questions 1) Does life need, necessarily, such atoms and physical-chemical conditions? 2) Can life develop, in another planet, under totally different conditions?

20 FOLLOW THE LIFE Solvent Biogenic elements Source of Free Energy searches for life within our solar system commonly retreat from a search for life to a search for life as we know it, meaning life based on liquid water, a suite of so-called biogenic elements (most famously carbon), and a usable source of free energy. (Chyba & Hand, 2005, p. 34)

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24 A cosmological perspective to search of life in the Universe... Life building blocks come from these components... Bennett et al., ApJ Suppl Series 2003

25 UPDATED EVERY DAY...

26 LOOKING AT OTHER PLANETARY SYSTEMS: SEARCHING FOR KEY PREBIOTIC COMPOUNDS: H 2 O NH 3 CH 4 THOSE ARE FOUND UNDER RELATIVELY HIGH ABUNDANCES

27 In primitive Earth: Miller & Urey, 1961 Glycine Hydrogen cyanide Aldehydes H 2 O CH 4 NH 3

28 Que tipo de vida esperamos encontrar fora da Terra? O que é a vida? Um bom começo: Vida difícil de morrer!!! Deinococcus radiodurans – se reproduz sob 15 000 Gy (10 Gy mata o ser humano)

29 Cryptoendoliths Thermophile bacteria Hydrothermal vents Hot geisers and volcanos Extremophiles survival chart Antarctica Temperature: -15° C < T < 230° C 0 < pH < 12 0 < Pressure < 1200 atm No mandatory oxygen-based metabolism 20-40 Myears of dormancy 2 ½ years in space, at 20 K, with no nutrients, water and exposed to radiation ( Strep. Mitis)

30 Temperature limits for life The highest and lowest temperature for each major taxon is given. Archaea are in red, bacteria in blue, algae in light green, fungi in brown, protozoa in yellow, plants in dark green and animals in purple. Life in extreme environments, LJ Rothschild & RL Mancinelli, Nature 409, 1092-1101 (22 February 2001)

31 pH limits for life Examples of known pH limits for life are shown. Archaea are in red, bacteria in blue, algae in light green, assorted protists in yellow, fungi in brown, plants in dark green and animals in purple.

32 Formation and evolution of life ~ 90% of all Earth´s biomass! LUCA

33 LICHEN CAN SURVIVE IN SPACE (http://www.astrobiology.com/news/viewpr.html? pid=18232)

34 QUESTÕES S/ AULAS 1 E 2 1) De que áreas de estudo depende a Astrobiologia? 2) Quais são as questões básicas que ela procura responder? 3) Procurar vida no Universo significa procurar que fatores? 4) Quais são as estruturas básicas de pensamento para as pesquisas sobre vida?

35 http://www.astro.iag.usp.br/~janot/aga0316 / http://www.astro.iag.usp.br/~janot/aga0316 / 01) A origem das membranas biológicas 02) Perspectivas para a vida humana no espaço 03) A Teoria de Gaia como metáfora da visão sistêmica 04) A origem da água na Terra 05) Os pilares da vida 06) O que é a vida? Uma questão a ser investigada por várias perspectivas 07) Interações Sol-Terra de interesse biológico 08) Mitologias de vida extraterrestre na literatura, cinema e TV 09) Fundamentos termodinâmicos da vida 10) Características atmosféricas e geofísicas de Marte, Europa e Titã 11) Efeitos gravitacionais na vida 12) Grandes extinções, com ênfase à transição K-T 13) Matéria orgânica em meteoritos e poeira cometária 14) Processos de nucleossíntese estelar 15) Fronteiras entre máquinas e organismos vivos 16) Formação e evolução da atmosfera terrestre 17) A hipótese Gaia 18) Biogeografia evolutiva 19) Vida nas dorsais meso-oceânicas 20) Efeitos mutagênicos da radiação 21) Químicas alternativas da vida 22) Vida inorgânica 23) Efeito estufa e aquecimento global 24) Extremófilos TEMAS DE TRABALHOS